x선과 방사선

최근 25세~34세 여성의 70%가 불필요한데도 유방X선 검사(맘모그램)를  받고 있는 것으로 조사되었따. 하지만 오히려 잦은 유방촬영때문에 방사선 노출의 위험도가 높아져서 오히려 유방암 발병률이 높게 나타날수 있으며, 이 위험성에 대한 지각이 안되어있어 문제가 되고있다. 국내 일반 여성의 경우 유방암 조기 발견을 위해서 40세에서부터 1~2년 간격으로 유방X선 검사를 권장하고 있으나. 증상이 없는 20~30세 여성이 지각 없이 검사를 더 많이 받아 문제가 되고 있다고 한다. X선 촬영 그리고 그에 대한 치료가 증가하고 있는 만큼 X선에 대한 공부가 필요하다.

X선은 어떻게 발생하는가?

연속 X선(제동복사)은 전하를 띤 이바가 감속 또는 가속하는 동안 발생하는 X선이며 , 특성 X선은 원자의 내각 전자의 전이에 의해서 발생하는 X선이다. X선은 진공관에서 발생하고, 연속 엑스선은 전자가 감속할때, 특성 엑스선은 내각 전자의 전이에 의해서 발생한다. 엑스선을 발견한 뢴트켄은 몇 주 후에 X선이 피부를 손상시킬 수 있음을 발견하였으며, 의학적으로 사용하는 엑스선은 인체에 가장 적은 영향을 주면서, 좋은 해상도의 사진을 찍어야 한다. 

엑스선 피폭량(radiation exposure)의 단위는 뢴트켄을 사용하며, 이 단위는 공기에서 엑스선이 만드는 전하량(electric charge)을 기준으로 삼는다. 엑스선에 의한 피폭면적이 넓을 수록 더 위험한데, 따라서 피폭량에 면적을 곱한 값이 더 쓸모있는 정보를준다. 피폭면적곱은 피폭량에 면적을 곱한 값으로 정의하고, 이 값의 단위를 rap으로 표현한다.  

엑스선이 지나가는 인체 조직의 두께가 환자의 피폭량에 영향을 미치는데, 대개 조직 두께 2.5cm당 x선 빔의 강도가 2배씩 줄어든다. 배나 가슴과 같은 부위의 엑스선 피폭량을 줄이려면 조직에 압박을 가하면 된다. 일반적으로 엑스선 발생장치의 kilovoltage를 높이면 환자가 받는 복사량(피폭량)은 줄어들고, 높은 전압을 가하면 높은 에너지의 x선이 많이 발생하게 된다. 

높은 에너지의 엑스선은 낮은 에너지의 엑스선보다 훨씬 잘 인체를 투과한다. 따라서 인체가 흡수하는 엑스선 량이 줄어들게 된다. 그러나 높은 에너지의 엑스선은 훨씬 더 잘 산란하므로, 산란에 의한 영상의 흐려짐을 보상해주는 방법을 잘 강구해야 한다. 엑스선 발생장치에 적당한 필터를 삽입하면 낮은 에너지의 엑스선을 쉽게 제거할 수 있고, 필터의 삽입은 환자의 피폭량을 크게 줄여준다. 얇은 알루미늄 필터는 피폭량을 줄이는데 매우 효과적이다. 

방사선의 붕괴

1896년 프랑스의 물리학가 베크레레은 햇빛이 어떤 물질에서 엑스선을 발생하게 할것이라는 가설을 세웠다. 사실은 틀린 가설이었지만, 그는 어떤 물질을 필름을 넣어둔 편지 봉투 위에 놓아두고, 햇빛을 쪼였다. 우연히 그가 사용한 물질은 자연 붕괴하는 방사선 물질이었고, 베크렐이 필름을 현상하였을때 필름이 검게 보였으며, 이것이 엑스선 때문일 것으로 생각하였다. (참고로 사진을 직어서 필름을 현상하면 햇빛이 많이 쪼여진 곳이 더 검게 보인다. 빛을 받지 않은 부분은 현상할때 현상액에 의해서 모두 제거되고, 빛을 받은 부분을 현상액에 의해서 제거되지 않는다)

어느 비오는 날 베크렐은 방사성 물질과 필름을 서랍에 넣어 두었는데, 다음날 베크렐은 서랍에 있는 필름을 현상하게 되고, 물론 그는 필름에 아무런 무늬도 없이 텅 비어 있을 것으로 생각했지만, 빛을 쪼이지 않고 서랍에 넣어 두었던 필름에서, 빛을 쪼였을 떄와 같은 x선 무늬를 발견하게 된다. 얼마 후에 그는 사용한 물질에서 나온느 것이 x선이 아니며, 자연 방사선인 것을 발견하였다. 그는 이 발견으로 1905년 노벨상을 받게 된다.

자연 방사선 붕괴는 엑스선보다 그 당시의 물리학자들에게 놀라운 것이었다. 자연 방사선 붕괴는 엑스선 발생과 같은 전기 에너지를 필요로 하지 않았으며, 어떤 에너지를 주입하지 않았는데도 높은 에너지의 입자를 방출하였다 이것은 에너지 보존 법칙에 위배되는 것처럼 보였다 물론 이것은 에너지 보존 법칙에 전혀 위배되지 않는다. 

마리큐리와 그의 남편 피에르 퀴리는 1898부터1904년 사이에 수 톤의 우라늄 광석에서 강력한 방사능 물질은 라듐을 분리하였다. 이러한 방사선은 알파선은 헬륨의 원자핵으로 입자이고, 베타선은 전자 또는 양전자이다. 감마선은 엑스선과 물리적으로 동일한 성질을 가지며 엑스선보다 에너지가 더 크다 따라서 엑스선보다 물질을 잘 투과한다.  

이렇듯, 모든 원소들의 핵에는 원자번호와 같은 수의 양성자가 있따. 그러나 핵 속읭 중성자 수는 변할수  있다. 어떤 원소에서 핵속의 중성자 수가 다르면 동위원소라한다. 자연 방사선 붕괴를 하지 않는 동위원소를 안정된 동위원소라 하며, 자연방사선 붕괴를 하는 동위원소를 방사선 동위원소라 한다.